一種新型羅丹明B硫酰肼衍生物熒光探針的合成及對汞的檢測應(yīng)用

1引言

汞是一種具有很強(qiáng)生理毒性[1，2]的重金屬元素， 它能夠引起嚴(yán)重的環(huán)境污染和人類疾病， 在極低濃度下也會輕易穿透細(xì)胞膜被人體吸收， 進(jìn)而引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)、腎臟以及內(nèi)分泌系統(tǒng)的疾病[3，4]。由于汞具有持久性、易遷移性和高度的生物富集性， 其已成為目前全球最引人關(guān)注的環(huán)境污染物之一。然而， 汞及汞鹽在工業(yè)生產(chǎn)中又被廣泛地使用， 因此， 及時(shí)、靈敏、高選擇性地檢測Hg2+對環(huán)境保護(hù)及人類健康有重大意義。

常見的Hg2+檢測方法有紫外分光光度法、高效液相色譜法、原子吸收發(fā)射光譜法[5]、冷原子熒光光譜法[6～8]、電化學(xué)方法[9]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[10]、氣相色譜法[11]及化學(xué)發(fā)光法[12]等， 這些方法各具優(yōu)點(diǎn)， 但是也分別存在著靈敏度低， 重現(xiàn)性差， 以及儀器設(shè)備價(jià)格昂貴， 操作復(fù)雜等缺點(diǎn)。熒光光度法， 因具有靈敏度高、操作方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注， 但高選擇性的熒光探針試劑卻較為罕見， 因此尋找靈敏度高、選擇性好的探針試劑， 已成為發(fā)展熒光光度檢測方法的關(guān)鍵。

羅丹明類染料具有消光系數(shù)高、熒光量子產(chǎn)率高、激發(fā)和發(fā)射波長較長等特點(diǎn)[13]， 在金屬離子及生物活性物質(zhì)的測定中得到廣泛應(yīng)用[14～19]。Zheng等根據(jù)Hg2+的親硫性， 在探針的識別部分中引入硫原子[20]， 以提高Hg2+檢測的選擇性和靈敏度， 但其檢測限達(dá)到0.02 mgL。Zhou等[21]在此探針中引入一個(gè)噻吩基團(tuán)，進(jìn)一步提高配合位點(diǎn)對Hg2+的親和性， 但也存在著測定的線性范圍不夠?qū)挼葐栴}。在此基礎(chǔ)上， 本研究將4氟苯甲醛與羅丹明B硫酰肼相結(jié)合， 制備一種性能更優(yōu)異的熒光探針RBS（3′，6′bis（diethylamino）2（（4 fluorobenzylidene）amino）spiro[isoindoline1，9′xanthene]3thione）。此探針穩(wěn)定較好、制備步驟簡單， 所用試劑便宜。將此探針用于對Hg2+的測定， 具有很好的選擇性、靈敏性、可逆性及較寬線性范圍， 由此建立了測定Hg2+的新方法。本方法成功地用于土壤及河水中Hg2+測定。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1儀器與試劑

pHS3CT型酸度計(jì)（上海大中分析儀器廠）；Nicolet 380型傅立葉變換紅外分光光度計(jì)（美國Thermo公司， KBr壓片）；UV2450型紫外可見分光光度計(jì)， RF5301PC型熒光分光光度計(jì)（日本島津公司）； Mercury Plus 400MHz型核磁共振波譜儀（美國瓦里安公司）；Vario EL Ⅲ型元素分析儀（德國Elementar公司）；Fb62熔點(diǎn)儀（上海梅特勒托利多儀器公司）；RE52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器）；DZF3型真空干燥箱（上海福瑪實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；CarlZeiss JENA阿貝折光儀。

羅丹明B（RB， Rhodamine B）， 勞森試劑（97%）， 4氟苯甲醛（98%）， 均購自上海晶純實(shí)業(yè)有限公司；水合肼（85%， 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；無水乙醇， 二氯甲烷， 石油醚， 甲醇， N，N二甲基甲酰胺（DMF， N，Ndimethyl formamide）， 甲苯（天津市凱通化學(xué)試劑有限公司）；硅膠（試劑級， 青島市基億達(dá)硅膠試劑廠）；水質(zhì)汞標(biāo)準(zhǔn)樣品（編號：GSBZ 5001690， 批號：202030， 泰安市環(huán)保局提供）；其它試劑均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水為二次重蒸水。

2.2探針RBS的合成與表征

2.4測定方法

于10 mL比色管中依次加入1 mL緩沖溶液， 5.00 mL 2.0×10_Symbolm@@_6 molL RBS溶液， 及不同濃度的Hg2+溶液， 用緩沖溶液定容， 搖勻， 放置25 min后測定。實(shí)驗(yàn)中， 激發(fā)和發(fā)射波長分別為569和 590 nm， 激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度均為3 nm。3結(jié)果與討論

3.1RBS合成路線的探討

探針RBS的合成如圖解1所示。通過酰肼合成、硫代反應(yīng)、硫酰腙合成3步完成。在硫代反應(yīng)步驟中， 勞森試劑受熱發(fā)生解聚， 生成兩分子硫代磷葉立德， 硫代磷葉立德中帶負(fù)電荷的硫原子具有很強(qiáng)的親核性， 與羅丹明B酰肼的羰基發(fā)生親核加成生成一個(gè)磷內(nèi)鹽。這種磷內(nèi)鹽不穩(wěn)定， 很快轉(zhuǎn)變?yōu)檠趿琢螂s環(huán)丁烷過渡態(tài)， 隨后進(jìn)一步分解生成羅丹明B硫酰肼。由于勞森試劑易加熱解聚， 對空氣和水不穩(wěn)定， 因此反應(yīng)中所用溶劑必須嚴(yán)格除水和保持N2氛圍。硫酰腙合成步驟中， 因?yàn)閷ξ环囊朐黾恿吮郊兹┥萧驶荚拥恼娦裕?使其更易與RBSH發(fā)生加成消除反應(yīng)。同時(shí)， 由于氟基的吸電子作用， 改變了探針RBS的電性分布， 有利于提高探針對Hg2+的選擇性。探針具有較好穩(wěn)定性， 固體密封存放于4 ℃冰箱中， 6個(gè)月內(nèi)其熒光強(qiáng)度未發(fā)生變化， 探針儲備液存放于4 ℃冰箱中3星期未見變化。

3.2激發(fā)和發(fā)射光譜

在pH 4.5的DMFH2O（1∶1， VV）溶劑體系中， RBS無色， 以569 nm波長光激發(fā)， 掃描發(fā)射光譜， 于590 nm處只顯示微弱的熒光。向RBS溶液中加入Hg2+溶液后， 體系顏色由無色變?yōu)樽霞t色， 且在590 nm處熒光強(qiáng)度顯著增大。結(jié)果表明， 無熒光的螺環(huán)式RBS在Hg2+作用下發(fā)生開環(huán)， 光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移（PET）效應(yīng)被禁阻， 從而產(chǎn)生較強(qiáng)熒光。

3.3pH的影響

熒光強(qiáng)度F隨pH 值變化情況如圖1所示。探針RBS在pH 3.5～8.0之間熒光很弱， 說明探針本身對pH不敏感。加入Hg2+后， 在pH 3.5～5.5范圍內(nèi)， 體系的熒光強(qiáng)度F最大， 且基本保持穩(wěn)定， 當(dāng)pH>5.5時(shí)， 隨著pH值的增大， 體系的熒光強(qiáng)度F迅速減小， 這可能是由于Hg2+ 水解造成的。故實(shí)驗(yàn)選定pH 4.5的HAcNaAc（0.20 molL）緩沖溶液作為反應(yīng)介質(zhì)。